生物修復技術在土壤污染治理中的運用研究

摘 要：土壤在生態環境中扮演著重要的角色。隨著我國經濟實力不斷增強，工業企業加速發展，廢棄物不斷向土壤表面堆放和傾倒，有害廢水不斷向土壤滲透，大氣中的有害氣體及飄塵也不斷隨雨水降落在土壤中，導致土壤污染。因此，我國需采取相關技術對其進行修復，加強對土壤資源的保護和管理，提高土壤資源的利用率，從而推動社會市場經濟的綠色發展。基于此，闡述了土壤污染物的種類，分析了生物修復技術在土壤污染治理中應用面臨的挑戰，提出了有效的優化對策。

關鍵詞：生物修復技術；土壤資源；污染治理

中圖分類號：X53 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–0-03

當前，我國的環境污染較為嚴重，最主要的是土壤污染，而土壤功能也會因受到污染而無法給植物提供足夠的養分。同時，會使一些有害物質積累在植物體內，通過食物鏈的形式進入人體，從而對人體產生危害。

隨著社會經濟的高質量發展，人們的生活也在不斷得到改善，但污水、廢氣等污染物帶來的生態環境破壞會產生食品安全問題，難以保證社會經濟的可持續發展，這已經成為當前各產業亟須重視和解決的重要問題。這就需要有關部門通過對土壤進行生物修復，使其恢復正常的生態功能。

1 土壤污染概述

1.1 土壤污染的概念

土壤污染是指人為因素導致某種物質進入陸地表層土壤，引起土壤化學、物理、生物等方面特性的改變，影響土壤功能和有效利用，危害公眾健康或破壞生態環境的現象。這些物質會在土壤中發生一系列的物理、化學作用，破壞土壤的成分結構，無法維持自然的動態平衡，導致土壤的品質越來越差，不能為作物的生長和發育提供養分，降低農作物的產量。此外，土壤污染還會引起如空氣二次污染等環境問題，影響整個生物鏈的平衡。

1.2 土壤污染物的種類

1.2.1 重金屬物質

環境污染問題在我國社會經濟發展中占有舉足輕重的地位，若不能對其進行有效防治，則會給國家帶來重大的經濟損失，難以實現可持續發展目標。其中，大部分環境污染問題是由無機污染物引起的，如鉛、鉻等重金屬，包括重金屬超標的農藥使用、未經特殊處理的工業廢水隨意排放、大氣重金屬粉塵沉降、含重金屬廢水灌溉農田等。無論何種途徑，均會影響土壤結構和質量，且后期修復和處理過程難度較大[1]。

1.2.2 有機物

在農業生產過程中，為了保證作物的正常生長，經常需要施用化肥和噴灑農藥。而在實際生產中，若不有效控制化肥、農藥的使用，則會對土壤造成污染。許多農業產區由于過量使用化肥和農藥，造成土壤有機質含量超標，存在大量有機污染物，對土壤資源的有效利用造成較大影響。

1.2.3 病原微生物

病原微生物來源主要是人畜糞便，糞便中含有大量的致病性微生物。某些灌溉作業會使用處理后的廢水進行灌溉，而廢水中存在致病性微生物，當人體暴露于受污染的土壤后，其致病性微生物會危害人類健康。

1.2.4 放射性物質

近年來，由于科技的進步，我國工業現代化趨勢越來越明顯。工業化時代，我國的核技術得到極大的發展，在地質、科研等各方面都得到了有效的應用。當前，我國不少區域的土壤存在核污染物，與其他類型的污染物相比，核污染物質的輻射強度更大，其會在生態系統中不斷傳遞，進而影響食物鏈中的所有生物，最終危害人類健康[2]。

2 生物修復技術在土壤污染治理中的應用

2.1 植物修復技術的應用

植物修復技術是一種利用植物自身生長與代謝過程，對重金屬污染土壤進行修復的重要手段，具有操作簡便、成本低廉等優點。

首先，植物修復技術可以通過植物根系從土壤中吸取有害物質并積累至植株，篩選出適合的重金屬富集植物，促使其在根系及地上部分吸收重金屬污染物，通過對植物體的采摘與加工，使污染物由土壤向植物遷移，實現對土壤的污染治理。

其次，利用植物對重金屬的吸附作用，將有毒污染物轉變成無毒形態。植物根系在吸收污染物后，一部分污染物會被運輸至植株地上部分，部分污染物經植物自身的代謝過程轉變成難溶或無毒的污染物，減少對土壤的污染。部分植物在生長時會產生一種特殊的物質，這種物質能夠將污染物轉變成揮發性的氣體，并通過植物的蒸騰作用被排放至空氣。這能有效地降低污染物在土壤中的濃度，從而達到治理土壤污染的目的。由于植物對重金屬的耐受性和對有機污染物的吸收能力存在差異，針對不同的污染類型及治理目的，需要選用適宜的植物品種，使其達到最佳的修復效果。

最后，根據植物的生長周期，對其進行科學的管理。在植物生長期間，要密切關注植物的生長狀況、根系的發育狀況、對污染物的吸收情況等，保證修復的有效性和持久性，防止在生長期間對土壤造成二次污染。

2.2 動物修復技術的應用

動物修復技術能充分利用動物的生存活動，對土壤進行有效的修復與改良。

首先，蚯蚓等分解能力強的動物可吸收污染物，降低其對土壤的污染程度。通過取食和排泄等方式將污染物轉化為更加穩定的化學形態，減少土壤的污染負荷。將適當數量的蚯蚓等動物投放至土壤，可以加速污染物降解進程，改善土壤生態環境。

其次，某些動物能夠吸附并積累特定的污染物，減少土壤中的污染物質。例如，鳥、蟲類動物能富集環境中的重金屬等污染物，間接緩解土壤污染的壓力。動物活動還可以改善土壤結構，提高空氣流通率，進而增強其生物學活性，加速養分循環。例如，蚯蚓在土壤中打洞，可以提高土壤的通氣性，促進微生物的生長與新陳代謝。

最后，將動物修復與植物修復相結合，具有更加全面的修復作用。引進合適的動物可以改良土壤結構，加強植物根系的生長及對水分的吸收，且動物自身的代謝活性也能對有機污染物進行降解，協同植物對土壤進行修復[3]。

2.3 微生物修復技術的應用

微生物修復技術是指通過微生物降解、吸附或沉淀等手段治理土壤中的污染物，該技術可分為兩類：異位修復和原位修復。采用何種處理方式，應根據不同的污染狀況及處理目的而定。其中，異位修復是將受污染介質（土壤、水體）遷移至其他地方進行的一種生物修復技術，強調的是通過人工調控，營造更加適合生物降解的環境；原位修復是將被污染的培養基不經運輸和運輸，直接在其原位或易于滯留的地方進行的一種生物修復。微生物修復技術通過篩選被污染土壤中的微生物，供給適宜的養分，使其吸收、再循環，進而提高土壤品質。可以利用微生物的代謝作用，將土壤中有害物質的分解或將重金屬分解成難溶性化合物，達到修復土壤環境的目的。還可以通過微生物代謝產物將重金屬轉化為可溶性化合物，再通過一系列復雜的化學反應，逐步沉淀成難溶性的沉積物，達到減少重金屬污染、提高土壤生態環境質量的目的。而針對某些特別的污染問題，可選用具備一定降解性能的微生物，篩選出對重金屬有較強富集能力和較強生物毒性的微生物，通過針對性的技術應用，有效增強修復效果[4]。

3 生物修復技術在土壤污染治理中應用面臨的挑戰

3.1 影響土壤生態環境效應

土壤生物修復過程中所產生的效應復雜且多樣，微生物、動植物等生物的引入與利用，將直接或間接地影響土壤生態環境。一方面，生物修復技術會使土壤物理、化學特性發生變化。在土壤污染治理中，新引入的微生物可能會與原有的微生物產生競爭，進而影響土壤的生態平衡。另一方面，外來物種也會排擠原有物種，進而對土壤多樣性與穩定性產生一定的影響。

3.2 技術消耗的成本費用高

首先，生物修復技術是一項應用廣泛、環境友好的技術，需要消耗大量生物材料，如微生物、動植物等，這種生物材料價格昂貴，且要考慮其活性、適應性和運輸成本。其次，該技術的應用涉及培養、分離和檢測等設備儀器，造價高，要考慮維修、系統升級的成本。再次，物修復技術是一項耗費巨大人力和物力的工程技術，人力資源包括技術人員、科研人員、行政人員等，其需要具備專業的技術與知識，這就需要考量人力資源的研究與訓練成本。最后，污染物質的種類、濃度、土壤條件、環境因子等也會對該技術的消耗費用產生影響，增加土壤修復的費用[5]。

3.3 生物修復效果受到限制

土壤環境是影響生物修復效果的一個重要問題。土壤環境是指土壤理化、生物性狀、污染物質含量等方面，pH值、溫度、濕度、氧化還原狀態等因素會對微生物、動植物的生長與活性產生重要影響，在一定程度上影響生物修復的效果。同時，土壤中的營養元素、有機質含量及礦物種類等都會對動植物的生長與活動產生一定的影響，進而影響植物與動物的修復作用。此外，污染物質的種類、含量等因素也會對修復效果產生一定的影響。在生物修復中，污染物自身的溶解性、揮發性和生物有效性，會對微生物的降解產生一定的影響。

3.4 威脅人體健康和生態安全

在生物污染的治理中，微生物、動植物等引入會對人體健康和生態安全構成極大的威脅。例如，外來微生物的引進會影響原有的生物，打破原來的生態平衡，對環境造成不利的影響。微生物還具有一定的致病性，對人體健康構成威脅。此外，動植物的生長活動會對人們的生產生活產生一定的影響。在農業生產過程中，引進的動植物與原生物種發生競爭，或將新物種從原生物種中驅逐出去，都將影響農業生產及生態系統[6]。

4 生物修復技術在土壤污染治理中的優化對策

4.1 優化技術設計和實施方案

優化設計和實施生物修復技術，需要進一步研究和了解生物修復技術，以突破其在土壤中的局限性。首先，明確土壤環境對微生物修復效率的作用機理。通過分析土壤理化性質、生物特征對微生物與動植物等的影響，探討污染物質特性和含量對修復效率的影響，從而有針對性地優化微生物修復工藝的設計與實施。其次，針對不同的土壤環境及污染物特性，選用合適的生物材料和處理方法。在對有機污染物進行生物修復時，可選用具有高降解性能的菌種或經基因修飾的微生物；在對重金屬污染進行生物修復時，應選用對重金屬有較強吸收能力的動植物。最后，制定一套完整的實施計劃，具體內容包括制定實施流程、實施次數、實施劑量等參數，并制定相應的監控指標與方法。

4.2 減少技術應用的成本

首先，開發一種高效、廉價的生物處理方法，進一步提高微生物、動植物的生長效率和活力，從而達到減少污染的目的。通過基因工程手段對微生物進行改造，使其具有較強的降解性能，縮短修復周期與減少費用。其次，通過優化工藝，實現高效、經濟的生物修復。針對不同的土壤環境，合理地選擇合適的菌種和接種劑量，達到提高處理效率、減少投入費用的目的。在此基礎上，促進各個部門的協作，企業、政府、科研院所可以提供技術、財政、科研成果等支撐，通過多學科協作，減少處理費用，促進其在土壤污染控制領域的推廣。最后，開展生物修復技術示范工程。通過示范工程的演示與宣傳，使廣大群眾進一步認識到生物修復技術在土壤污染控制方面的優越性和發展前景，為我國科技成果的推廣與應用提供一個展示與交流的平臺，降低應用的成本與門檻[7]。

4.3 強化對環境影響的評估與監測

通過加強對土壤環境影響的評價與監測，可以抑制土壤污染的蔓延。首先，有必要評估生物修復技術對環境的影響。研究內容包括引入的微生物、動植物等生物的安全性，以及生物修復過程中的二次污染評價。在評估時，充分考慮土壤的理化特性、污染物性質與濃度、氣候條件等，以保證該技術的應用不會對生態系統產生不利影響。其次，加強對污染物生物修復效果的監測。主要研究內容為監測有機體的生長與活性，及其在土壤中的降解與轉化。最后，建立健全的監測系統，長期監測該地區的治理效果，通過對土壤理化特性、污染物性質及濃度的監測，以及微生物群落結構的變化，評估該技術的長期有效性和穩定性[8]。

4.4 加強對技術的風險管控

首先，構建一套完整的生態風險評價系統，包含對微生物、動植物等生物的安全評價，并結合當地的氣候條件，綜合考慮土壤的理化特性、污染物的性質與濃度、氣候等因素，確定其對生態系統的危害程度。在引入微生物時，盡量選用致病力弱、對環境危害小的菌種，并通過適宜的接種劑量和生長條件，減輕其對環境的危害。其次，定期監測土壤理化特性、污染物性質與濃度、微生物群落結構等，評價動植物的生長與行為。最后，建立一套包含風險辨識、評估、應對與恢復的應急計劃，并明確有關人員的責任與工作流程。同時，加大宣傳力度，使廣大群眾對該生物修復的原理、作用及潛在的危害有清晰的認識，從而對該技術的執行過程進行監管[9]。

5 結束語

生物修復技術是一種極具發展潛力的土壤修復方法，能有效地解決土壤污染問題，促進土壤生態修復與保護。但當前該技術仍面臨著土壤環境影響大、治理效果受限、成本較高等問題，且具有一定的風險性。因此，在應用生物修復技術處理土壤污染的過程中，需要強化對其環境影響的評價與監控，通過優化設計與實施方案、降低費用、強化風險管理與控制，保證其安全與可持續發展。

參考文獻

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[2] 王克壘，高曉梅.土壤污染治理中生物修復技術的作用與具體應用方法研究[J].皮革制作與環保科技，2024，5（3）：88-90.

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[9] 鄒維維，張漫淩，熊小蘭，等.生物修復在土壤重金屬污染中的探索[J].環境工程，2023，41（S01）：476-480.

收稿日期：2024-09-11

作者簡介：高燕（1983—），女，內蒙古鄂爾多斯人，高級工程師，研究方向為環境工程、生態環境保護。